Karakterisasi Enzim β-Glukanase dari Bacillus subtilis Menggunakan Metode in Vitro dan in Silico

Abstract

Enzim β-glukanase merupakan protein enzim yang dapat menghidrolisis β-glukan, salah satu komponen utama penyusun dinding sel jamur dan menjadi target pengendalian hayati jamur fitopatogenik Protein enzim ini dihasilkan oleh beberapa bakteri salah satunya adalah Bacillus subtilis. Penelitian ini bertujuan melakukan karakterisasi enzim β-glukanase dan aktivitas antagonisnya terhadap Fusarium oxysporum penyebab layu tanaman, serta memahami sifat dan fungsi protein enzim β-glukanase dengan melihat struktur 3D nya. Penelitian ini menganalisis secara in vitro pengaruh faktor-faktor eksternal terhadap aktivitas enzim β-glukanase, penentuan laju reaksi enzim serta analisis in silico dengan pemodelan struktur dan analisis docking. Hasil penelitian menunjukkan bahwa aktivitas enzim β-glukanase setelah proses pengendapan dengan ammonium sulfat 60% menjadi lebih tinggi dibandingkan dengan ekstrak kasar. Tingkat kemurnian yang diperoleh sebesar 1.43 kali dengan yield sebesar 37.29%. Hasil selanjutnya, enzim β-glukanase dikarakterisasi menggunakan beberapa parameter seperti logam, inhibitor dan laju reaksi. Enzim β-glukanase dari isolat B.subtilis W3.15 mengalami peningkatan aktivitas saat ditambahkan ion logam Ca2+, sehingga ion logam tersebut dapat dikatakan sebagai kofaktor. Saat penambahan ion logam lainnya, aktivitas enzim mengalami penurunan, begitu pula ketika ditambahkan EDTA. Perhitungan laju reaksi enzim β-glukanase menghasilkan nilai kecepatan maksimum (Vmax) sebesar 0.017 µmol/L.jam dan nilai Km yaitu 0.99 µmol/L. Isolat B. subtilis W3.15 kemudian diisolasi DNAnya untuk mendapatkan sekuen DNA yang menyandi protein enzim β-glukanase. Sekuen DNA tersebut diubah menjadi sekuen asam amino kemudian dilakukan pemodelan struktur 3D menggunakan bantuan webserver SWISS-MODEL dengan metode homology modeling. Pemodelan enzim β-glukanase berdasarkan template dari model protein enzim β-glukanase dengan kode PDB 3o5s. Hasil pensejajaran sekuen dan visualisasi model cukup baik yang ditunjukkan dengan model memiliki nilai Ramachandran Plot pada daerah favoured sebesar 91,10%, skor MolProbity sebesar 0.95 dan nilai QMEAN 0.90±0.06. Model enzim β-glukanase di-docking menggunakan program PLANTS1.1 dengan ligan native ligand B3P, 1,4- β-D-Glucan, D-glucose, β-D-Glucan from oat, dan N-Acetil glucosamine. Hasil analisis docking menunjukkan bahwa ligan β-glukan (β-D-Glukan dari oat) yang digunakan sebagai substrat dalam kultivasi isolat B. subtilis W3.15 memiliki skor PLANTSCHEMPLP dan nilai prediksi afinitas enzim paling rendah yaitu -97.8514 dan 0.85 residu asam amino yang berikatan dengan ligan, yaitu GLU133, GLU137, ASN149, GLN147, GLU159, dan TRP220. Berdasarkan pada penelitian ini, maka ligan β-D-Glucan from oat yang diuji secara in silico dan in vitro merupakan substrat yang memiliki hasil aktivitas enzim β-glukanse B. subtilis W3.15 yang terbaik dibandingkan substrat lainnya